科学变得简单：什么是夸克和胶子？

时间：2021-12-17 15:52:22 来源：

在布鲁克海文国家实验室，一个夸克-胶子等离子体在两个原子核碰撞后产生的残骸图像。

夸克和胶子是质子和中子的基础，而质子和中子又是原子核的基础。科学家目前的理解是，夸克和胶子是不可分割的-它们不能分解成较小的成分。它们是唯一具有所谓色电荷的基本粒子。

夸克和胶子除了具有正电荷或负电荷（如质子和中子）外，还可以具有三种附加电荷状态：正负红色，绿色和蓝色。这些所谓的颜色电荷只是名称-与实际颜色无关。

连接正负电荷的力称为强核力。这种强大的核力量是将物质凝聚在一起的最强大力量。它比其他三个基本力要强大得多：重力，电磁力和弱核力。由于强大的核力量如此强大，因此很难分离夸克和胶子。因此，夸克和胶子被束缚在复合颗粒内部。分离这些粒子的唯一方法是产生一种称为夸克-胶子等离子体的物质状态。

在这种等离子体中，密度和温度是如此之高，以至于质子和中子熔化。这种夸克和胶子汤渗透到整个宇宙中，直到大爆炸之后几分之一秒，那时宇宙冷却到足以使夸克和胶子变成质子和中子。

今天，科学家在布鲁克哈文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）等特殊设施上研究了这种夸克-胶子等离子体。

夸克和胶子的事实

有六种不同种类的夸克，它们的质量范围很广。夸克是唯一经历所有已知自然力并具有分数电荷的基本粒子，夸克与胶子之间的相互作用几乎负责所有夸克和胶子的相互作用。质子和中子的感知质量，因此是我们获得质量的地方。

美国能源部科学办公室：对夸克和胶子的贡献

DOE支持研究夸克与胶子的相互作用，它们结合成强子的复合粒子的方式以及它们在高温和高密度下的行为。科学家们在RHIC等DOE加速器设施和Thomas Jefferson国家加速器设施的连续电子束加速器设施（CEBAF）中研究了这些主题。

众所周知，描述强核力的理论称为量子动力学，这很难解决。但是，可以在DOE设施上建造和维护的超级计算机上对其进行仿真。自1960年代以来，美国能源部一直是夸克和胶子研究的领导者。夸克的想法是在1964年提出的，1968年在斯坦福线性加速器中心（SLAC）的实验中看到了夸克存在的证据。最重，最后发现的夸克是1995年在费米实验室首次发现的。

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